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滤波器的分类

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电视机和一些电子产品中常用的滤波器有陶瓷滤波器、声表面滤波器、陶瓷陷波器和陶瓷鉴频器等。

(1)陶瓷滤波器

 陶瓷滤波器是利用压电陶瓷的压电效应制成的带通滤波器,广泛应用于电视机、录像机、收音机等电子产品中作选频元件。它具有性能稳定、无需调整、价格低等优点,取代了传统的LC滤波网络。

陶瓷滤波器有三端和二端两种结构。它在电路中用字母“Z”或“ZC”表示(旧标准用“SF”或“CF”、“X”)。

电视机、录像机中常用的陶瓷滤波器有5.5MHz、6MHz和6.5MHz伴音中频滤波器,其作用是将视频信号衰减,并取出6.5MHz第二伴音中频信号。代表型号有LT6.5M、LT6.5MA、LT6.5MB、LT5.5MB、LT6.OM、SFE6.5/lB、EFCS6RSS4、EFC -S6R5MS3、EILTER6.5MC、CF6.5MC、“.5MC、SFC6.5、FCM6.5、6.5S4、6.5S3、LTB6.5、LTW6.5等。

AM调幅收音机中使用的中频滤波与选频用陶瓷滤波器为465kHz,代表型号有UXlA、31A65、LT465、LT465MA、LT465MB等。

FM调频收音机和收录机中使用的中频滤波器用陶瓷滤波器为10.7MHz,代表型号有LTl0.7、LTl0.7MA、LTl0.7MB、LTl0.7MC、LTBIO.7等。

(2)陶瓷陷波器

 陶瓷陷波器是利用压电陶瓷的压电效应制成的带阻滤波器,它的作用是阻止或滤掉信号中有害分量对电路的影响。

陶瓷陷波器也有二端型和三端型两种结构,它在电路中的文字符号及图形符号与陶瓷滤波器相同。

电视机中使用的陶瓷陷波器有6.5MHz、6MHz、5.5MHz和4.5MHz等几种标准频率。其中4.5MHz陶瓷陷波器用来消除副载波信号对图像的干扰,5.5MHz、6MHz和6.5MHz陶瓷陷波器用来消除伴音信号对图像的干扰。

常用的陶瓷陷波器有XT4.43M、XT6.OMA、XT5.5MA、XT4.5MB、XT6.5MA、XT6.5MB、TPS6.5MB、2TP4.5、2TP6.5等型号。

(3)陶瓷鉴频器

 陶瓷鉴频器是一种具有移相鉴频特性的陶瓷滤波元件,主要用在电视机或录像机的伴音中频放大或解调电路中以及FM调频收音机的鉴频器电路中。它分为平衡型和微分型两种类型,前者用于同步鉴相器作平衡式鉴频解调,后者用于差分峰值鉴频器作差动微分式鉴频解调。

陶瓷鉴频器的文字符号和电路图形符号与陶瓷滤波器相同。

用于电视机或录像机中的陶瓷鉴频器有JT4.5MD、JT5.5MB、JT6.0MB、JT6.5MD、JT6.5MB2、CDA6.5MC、CDA6.5MD等型号。用于FM调整收音机中的陶瓷鉴频器有JTl0.7MG3等型号。

(4)声表面滤波器

 声表面滤波器简称SAWF或SAW,是利用压电陶瓷、铌酸锂、石英等压电晶体振荡器材料的压电效应和声表面波传播的物理特性制成的一种换能式无源带通滤波器,它用于电视机和录像机的中频输入电路中作选频元件,取代了中频放大器的输入吸收回路和多级调谐回路。

 声表面滤波器在电路中用字母“Z”或"ZC”(旧标准用“X”、“SF”或“CP”)表示。

声表面滤波器内部由输入换能器、压电基片、输出换能器和吸声材料等组成,当其输入端有电视信号输入时,输入换能器将电信号转换为机械振动信号,在压电基片上产生声表面波。此声表面波经输出换能器转换为电信号并输出至后级电路。在信号的电能+机械能+电能变换过程中,将中频信号中的有用成分选出,对无用信号进行衰减和滤除。

声表面滤波器的标称频率有37MHz和38MHz之分。常用的有LBN38T1-LBN38T5、LBN38H1-LBN38H5、LB38Sl、LBD38M、LBN38-1、LBN38-3、LBN38M112、LSN-37—S、KSN-37T01、CFA0050-603、F1036C、EX0050XS、HW—2043、F1029、H37MV270、HW21M0-HW2043、HW2047、F1026V、F1036F等型号。

 电源滤波器的作用就是减少电源干扰,而电源干扰可以分为两类:普通模式和共通模式。普通模式是两组输入电源线之间的杂讯,这种杂讯通常是在关机和开机时产生。而共通模式是指因为器材接地不良,又或是广播无线电及冰箱马达电磁、日光节能灯镇流器、洗衣机、风扇可控硅调速等引发的干扰!

滤波器的种类很多,分类方法也不同。

 1.从功能上分;低、带、高、带阻。

 2.从实现方法上分:FIR、IIR

 3.从设计方法上来分:Chebyshev(切比雪夫),Butterworth(巴特沃斯)

 4.从处理信号分:经典滤波器、现代滤波器等等。

·滤波器与漏电流

电网滤波器漏电流定义为:在额定交流电压下滤波器外壳到交流进线任应一端的电流,如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的,则漏电流的值主要取决于共模电容CY的漏电流,即主要取决于CY的容量。由于滤波器漏电流的大小,设计到人身安全,国际上各国对插都有严格的标准规定。对于是20V/50Hz交流电网供电,一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。

·滤波器与试验电压

对于交流电网噪声滤波器,试验电压分为两种:一种是加在交流进线两端,即线—线试验电压。若电感线圈及引线是良好的,它取决于电容器CX的耐压。另一种是加在交流进线任一端与机壳地之间,即线—地试验电压。它取决于CX的耐压。

 漏电流和试验电压对是噪声滤波器的安全性能参数,是滤波器中电感线圈、绝缘和电容器CX、CY安全性能的具体体现,并且与设备及人身安全紧密相关。因此在电网噪声滤波器的设计、生产和使用中,都要加以重视,把这些技术参数的认证和检验放在首位。

 [7] 滤波器的技术参数及正确使用

 (1)插入损耗是噪声滤波器的重要技术参数之一,在设计和选用时应予主要考虑。在滤波器的安全常规电气性能、环境及机械条件都满足要求时,应尽量选择插入损耗值大些。

插入损耗的定义如图3所示,当没接滤波器时,信号源输出电压为V点,当滤波器接入后,在滤波器的输出端测得信号源的电压为V2。若信号源输出阻抗与接收机输入阻抗相等,都是50Ω,则滤波器的插入损耗为:

 IL=20log(V1/V2)

 因为电源噪声滤波器能衰减共模噪声和差模噪声,所以它即有共模插入损耗,和差模插入损耗。

 但在实际选用滤波器时,应注意产品手册给出的插入损耗曲线,都是按照标准规定,在其输入和输出阻抗都为50Ω条件下测得的。因为实际的滤波器两端阻抗不一定在全频率范围内是不是50Ω,所以它对EMI信号的衰减,并不等于产品手册中给出的插入损耗值。特别当使用安装不当时,还会远远小于标准给定的插入损耗值。

(2)电源噪声滤波器是一种具有互易性的无源网络。在实际应用中为使它有效地抑制噪声应合理配接。按图4所示组合来选择滤波器的网络结构和参考,才能得到较好的EMI抑制效果。

当滤波器的输出阻抗与负载阻抗不相等时,在此端口上会产生反射,两个阻抗相差越大,端口产生的反射也越大。当滤波器两端阻抗都与外部阻抗不相等时,则EMI信号将在其输入和输出端产生反射。这时电源滤波器对电磁干扰噪声的衰减,就与滤波器固有的插入损耗和反射损耗有关,可利用这点更有效地抑制电磁干扰噪声。在实际设计和选择使用EMI滤波器时,要注意滤波器阻抗的正确连接,以造成尽可能大的反射,使滤波器在很宽的频率范围内造成较大的阻抗失配,从而得到更好的电磁干扰抑制性能。

(3)在电源滤波器的实际应用中,要求其外壳与系统地之间有良好的电气连接,且应使地线尽可能短,因为过长的接地线会加大接地电阻和电感,而严重削减滤波器的共模抑制能力,同时也会产生公共接地阻抗耦合的问题。如图5所示,接地线过长,则滤波器输入和输出之间的公共耦合阻抗Zg也会过大,负载上电压为:

Vo=Vz+Vg=Vz+(Ii-Io)Zg --(2)

式中:Ii为滤波器交流输入电路的噪声电流。

Io为滤波器输出电路的噪声电流。

开关电源EMI滤波器的正确选择与使用

举例说明:

德国VDE0565.2 高压测试(AC)P,N→E 1.5KV/50Hz 1分钟

瑞士SEV1055 高压测试(AC)P,N→E 2·Un+1.5KV/50Hz 1分钟

如最大工作电压Un=250V(AC),则2·Un+1.5KV=2KV

美国UL1283 高压测试(AC)P,N→E 1KV/60Hz 1分钟

可见,共模电容Cy的耐压测试条件(瑞士)SEV1055比(美)UL1283高出一倍。

德国VDE0565.1 高压测试(DC)P→N 4.5VnKV 1分钟

如最大工作电压Vn=250V(DC)则

4.3·Vn=4.3×0.250×2根号2=3.040KV 1分钟

瑞士SEV1055 高压测试(DC)P→N 4.3VnKV 1分钟

美国UL1283 高压测试(DC)P→N 1.414KV 1分钟

可见,差电模电容Cx的耐压测试条件,瑞士也比美国高出一倍左右。

这里要说明的是

a. P→N耐压测试采用直流电压的原因是因为Cx容量较大。如采用交流测试,则耐压测试仪要求电流容量大,造成成本高,体积大。采用直流电压测试就不存在这种问题。但要将交流工作电压换成等效的直流工作电压。如最大交流工作电压250V(AC)=250×2根号2=707V(DC)直流工作电压。所示UL1283安全规范1414V(DC)=2·Vn。

b. 国际著名滤波器专业厂说明书中耐压测试条件

美国Corcom公司P,N→E 2250V(DC)1分钟

P→N 1450V(DC)1分钟

瑞士Schaffner公司P,N→E 2KV(AC)1分钟

P→N 不测1分钟

国内滤波器专业厂一般参考德国VDE安规或参考美国UL安规。

3.2 泄漏电流与安全

任何典型滤波器电路的共模电容Cy都有一端接金属机壳。从分压角度看,滤波器金属外壳都带有1/2额定工作电压,如工作220V(AC),那么外壳带有110V(AC)电压。因此,从安全角度出发,滤波器通过Cy到地端的泄漏电流要尽可能的小,否则将危及人身安全。图12描述了一路泄漏电流通过人体构成大地回路的情况(图12中E表示滤波器的接地点,FG表示机架的接地点)。对地电容应为C1和杂散电容之和。实际上,通过人体的泄漏电流是两路,所以滤波器泄漏电流应为一路泄漏电流的两倍。设备中使用的滤波器愈多,泄漏电流也愈大。因此,千万要加以注意。

同样,国际上泄漏电流的安全规范,各主要工业国家也有所区别。

美国

UL478

UL1283

5mA,120V,60Hz; 0.5~3.5mA,120V,60Hz

加拿大

C22.2 No.1

5mA,120V,60Hz

瑞士

SEV 1054-1

IEC 335-1

0.75mA,250V,50Hz

德国

VDE 0804

3.5mA,250V,50Hz

这里要说明的是:

a. 泄漏电流直接和电网电压、电网频率成正比。因此,对于400Hz电网频率要特别注意,否则在相同电网电压的情况下,同一滤波器的泄漏电流要增加8倍(对于50Hz),很可能不符合安规要求。

b. 在检验滤波器泄漏电流时,一定要采用符合国际规范的测量电路。测量时,滤波器金属外壳不能接地,一定要悬浮。

c. 三相滤波器的泄漏电流应是各相泄漏电流之和。

4 正确安装方法

a. 为了滤波器的安全可靠工作(散热和滤波效果),除滤波器一定要安装在设备的机架或机壳上外,滤波器的接地点应和设备机壳的接地点取得一致,并尽量缩短滤波器的接地线。

若接地点不在一处,那么滤波器的泄漏电流和噪声电流在流经两接地点的途径时,会将噪声引入设备内的其他部分。

其次,滤波器的接地线会引入感抗,它能导致滤波器高频衰减特性的变坏。所以,金属外壳的滤波器要直接和设备机壳连接。如外壳喷过漆,则必须刮去漆皮;若金属外壳的滤波器不能直接接地或使用塑封外壳滤波器时,它与设备机壳的接地线应可能的短。

(a)不正确的安装方法

(b)正确的安装方法

图14 滤波器的安装方法

b. 滤波器要安装在设备电源线输入端,连线要尽量短;设备内部电源要安装在滤波器的输出端。若滤波器在设备内的输入线长了,在高频端输入线就会将引入的传导干扰耦合给其他部分(参见图15)。若设备内部电源安装在滤波器的输入端,由于连线过长,也会导致同样的结果。

c. 确保滤波器输入线和输出线分离

若滤波器输入、输入线捆扎在一起或相互安装过近,那么由于它们之间的耦合,可能使滤波器的高频衰减降低。若输入、输出线必须接近,那么都必须采用双绞线或屏蔽线。

d. 要将噪声滤波器正确地连接到设备内部的每一单元。

若带有单独电源的若干单元安装在一个机壳内,那么必须把每一个单元视为设备的独立部分。每一单元必须连接各自的噪声滤波器,否则在机壳内,这些单元中的每一单元的噪声都会传导给其他单元.